автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Методика синтеза сложных телекоммуникационных систем

Т* о* .»0

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ Московский Государственный Университет Путей Сообщения

(МИИТ)

На правах рукописи

КОРСАКОВ А.В.

УДК 621.391(912)

МЕТОДИКА СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.13.17 «Теоретические основы информатики»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ)

Научный руководитель Академик Международной академии

информатизации, доктор технических наук, профессор А.В.Шилейко

Официальные оппоненты Академик академии транспорта Российской Федерации, доктор технических наук, профессор

Л.А.Баранов

Кандидат технических наук

Г.С.Иванников

Ведущее предприятие: ПКТБ АСУЖГ МПС.

Защита диссертации состоится « Oft » 1998 г. в

« у у » часов на заседании диссертацйонного совета К114.05.10 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: ^ _ _ 101475, г. Москва, А-55, ГТС, ул. Образцова, 15 в ауд.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « & » 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета К114.05.10, д.т.н., профессор

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из наиболее характерных особенностей современного состояния средств и методов информатики является переход от локальных сосредоточенных устройств (компьютеров) к комплексным распределённым компьютерно-телекоммуникационным сетям, которые, в свою очередь, принято подразделять на локальные (LAN), условно локальные (Intranet) и глобальные (WAN). В таких условиях операции по обмену информацией между узлами сети оказываются, как правило, более сложными и более трудоёмкими по сравнению с операциями по собственно переработке информации.

Сети можно подразделить на универсальные и корпоративные. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к увеличению удельного веса корпоративных сетей по отношению к универсальным. Однако при этом далеко не всегда принимается во внимание основная, определяющая особенность любой корпоративной сети: корпоративная информационная сеть лишь тогда эффективна, когда она составляет единое целое с самой корпорацией, точнее, со свойственными этой корпорации информационными обменами и процессами.

С другой стороны, для эффективного функционирования новой корпоративной сети необходим коренной пересмотр документооборота, существовавшего до её внедрения. Недоучёт этого обстоятельства и явился основной причиной массовых неудач с организацией работы так называемых АСУ в 1970-80 гг.

Отсюда становится ясной необходимость построения теории, описывающей компьютерно-телекоммуникационные корпоративные сети и позволяющей осуществлять формальный синтез подобных сетей на основе анализа процессов, требующих информационного обеспечения. В последние годы появился термин «бизнес-процесс». Поскольку в области информационного обеспечения наработано уже очень много, чаще всего речь идёт о приспособлении и развитии существующих структур применительно к новым условиям и новому видению существа проблемы. Здесь опять-таки появился новый термин: «бизнес реинжениринг». Теоретическим и практическим проблемам бизнес-реинжениринга и посвящена настоящая работа.

Независимо от того, идёт ли речь о собственно перера--'. •' 3

ботке информации или об обмене сообщениями в сети и от принципов организации такого обмена, любой подобный процесс совершается на основе того или иного алгоритма. Алгоритм, в свою очередь, должен применяться к некоторому объекту. Согласно классическому определению алгоритма, такими объектами являются слова в некотором ассоциативном исчислении. Однако важным является не то, к какому множеству принадлежат перерабатываемые алгоритмом слова, а то, что эти слова должны представлять собой математические объекты, так как только в этом случае может идти речь о строгом математическом описании процессов переработки и, следовательно, о возможности формального анализа и синтеза соответствующих алгоритмов. Такой анализ, в свою очередь, позволит создавать оптимальные формы представления информации и оптимальные средства их переработки.

Как уже отмечалось выше, в настоящее время отсутствует математическая теория, которая позволила бы описывать и осуществлять подобные действия по анализу и синтезу.

В настоящей работе делается попытка частично заполнить указанный пробел и построить элементы теории, позволяющие создать математическую модель корпоративной сети.

Цель диссертационной работы. Как следует из сказанного выше, целью диссертационной работы является:

•проведение анализа существующих подходов к построению корпоративных сетей с целью выявления их общих свойств, а также свойств, наиболее пригодных для формализации;

•разработка математического аппарата, который позволил бы описывать модели корпоративных сетей как формальные математические объекты;

•определение критериев оценок эффективности и производительности процессов обработки данных в корпоративных сетях;

•введение понятия метаданных и разработка новой методики создания баз метаданных - репозиториев.

Методы исследования. В качестве основного математического метода исследований в данной работе была принята математическая теория энтропии, семантическая теория информации и теория сетей Петри. Использовались также методы

моделирования на ЭВМ предложенных алгоритмов.

Научная новизна. Среди полученных в диссертации результатов существенно новыми являются:

•Формулирование концепции современной системы автоматизированного управления как единства трёх основных факторов:

а. Собственно производственного (бизнес) процесса как такового.

б. Маркетинговых условий.

в. Человеческого фактора.

Последние два из перечисленных выше трёх факторов являются чисто информационными. Показана необходимость основывать разработку современной информационной системы на представлении об информации как о физической сущности, подчиняющейся самостоятельным физическим законам.

•Предложено формальное определение корпоративной сети, и элементы математического аппарата, развивающего это определение, можно использовать при решении задач описания, анализа и синтеза корпоративных сетей.

•Разработаны элементы количественной семиотики позволяющие решать задачи анализа и синтеза корпоративных сетей без обращения к статистическим данным, которые, как правило, отсутствуют, особенно на этапе начального проектирования.

•Предложен аппарат анализа, базирующийся на количественной семиотике, удобный для применения к методикам поэтапного проектирования сетей, поскольку данные о денотатах можно уточнять по завершении каждого этапа.

•На основе анализа модели сети и действующих в ней потоков данных сделан вывод о том, что в развитых сетях, кроме обычных сообщений, действует особый вид данных, который в современных работах получил название метаданных.

•Проанализированы структуры и особенности особого вида баз данных - репозиториев, - ориентированных на систематизированное хранение метаданных.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в следующем:

•предложенная методика описания, анализа и синтеза корпоративных сетей позволяет рассматривать их как математические объекты и выполнять формальные действия с целью

5

их оптимизации;

•анализ репозиториев позволил сформулировать ряд рекомендаций по их конкретным структурам, а также прогнозировать их дальнейшее развитие;

•результаты работы внедрены при разработке системного проекта комплексной информационно-вычислительной сети МПС РФ.

Личный вклад. Все основные перечисленные выше научные и практические результаты получены лично автором диссертации.

Реализация результатов. Полученные в диссертации результаты использовались при разработке системного проекта комплексной информационно-вычислительной сети МПС РФ.

Апробация работы. Основная апробация работы проводилась на заседаниях кафедры «Электроника» МИИТ. Результаты докладывались также на конференциях и семинарах Международной Академии Информатизации.

Публикации. По результатам работы опубликованы .4 статьи в сборнике «Семиотические аспекты методик разработки программных продуктов» Международной Академии Информатизации и ГВЦ МПС РФ и в журнале Connect! Мир связи.

Структура и объём работы. Диссертационная работа содержит 126 стр. текста, 30 иллюстраций и состоит из введения, четырёх основных глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 105 наименований, и приложений.

Таким образом, в данной квалификационной диссертационной работе на защиту выносятся:

•результаты анализа области деятельности, получившей название бизнес реинжениринга, и полученные на основании этого анализа рекомендации по проектированию комплексных информационных сетей;

•математическая модель корпоративной сети, методики описания, анализа и синтеза подобных сетей;

•понятие метаданных; методика организации современного инструментария хранения и организации больших массивов данных - репозиториев;

результаты разработки архитектуры, выбора аппаратных и программных средств, а также сетевых технологий примени тельно к Комплексной информационно-вычислительной сети МПС РФ. 6

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, даётся основная характеристика работы, перечисляются полученные диссертантом новые результаты, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе отмечается, что широкое внедрение в повседневную практику сетевых телекоммуникационных технологий и, в частности, средств передачи данных требует разработки и применения специальных мер обеспечения эффективности и высокой достоверности передач в первую очередь, а также специальных средств организации прохождения данных по сети. Обе эти задачи решаются с помощью протоколов. Протокол представляет собой сочетание определённой совокупности нормативных решений, регламентирующих форматы данных, условия их передачи по сети, средства контроля достоверности и т.д., и соответствующих аппаратных средств и программных продуктов. Количество всевозможных протоколов, используемых в современных системах, исчисляется десятками. Первая глава представляет собой аналитический обзор состояния этого раздела телекоммуникационных технологий.

По материалам этой главы делаются следующие выводы.

•Сегодня имеется полная ясность в вопросе о том, что информация представляет собой самостоятельную физическую сущность. В современных системах поддержки бизнес-процессов информация полностью отчуждается от своих источников и перерабатывается наряду с другими продуктами.

•Полностью себя исчерпал и в настоящее время полностью отвергнут подход к построению систем автоматизированного управления, основанный на попытках сохранить старую структуру информационно-административных связей в новой информационной системе.

•В основу современной системы автоматизированного управления закладывается установление единства трёх основных факторов:

а. Собственно производственного (бизнес) процесса как такового.

б. Маркетинговых условий.

в. Человеческого фактора.

Последние два из перечисленных выше трёх факторов являются чисто информационными. Отсюда следует необходи-

7

мость основывать разработку современной информационной системы на представлении об информации как о физической сущности, подчиняющейся самостоятельным физическим законам.

•Из предыдущего пункта вытекает насущная потребность в объективной «смысловой» теории информации.

Во второй главе отмечается, что прежде, чем говорить о частных (корпоративных) сетях, нужно определить, что эти слова означают. В последнее время это словосочетание стало настолько распространённым и модным, что начало терять смысл. Согласно одному из наиболее распространённых определений: корпоративная сеть - система, обеспечивающая передачу информации между различными приложениями, используемыми в системе корпорации. Под приложениями здесь понимаются как системное программное обеспечение - базы данных, почтовые системы, вычислительные ресурсы, файловый сервис и прочее, - так и средства, с которыми работает конечный пользователь.

Исходя из этого вполне абстрактного определения, рассматриваются различные подходы к созданию таких систем и делаются попытки наполнить понятие корпоративной сети конкретным содержанием. При этом считается, что сеть должна быть максимально универсальной, то есть допускать интеграцию уже существующих и будущих приложений с минимально возможными затратами и ограничениями.

Корпоративная сеть, как правило, является территориально распределённой, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном удалении друг от друга. Часто узлы корпоративной сети оказываются расположенными в различных городах, а иногда и странах.

Принципы, по которым строится такая сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что используются при создании локальной сети, даже охватывающей несколько зданий. Основное отличие состоит в том, что территориально распределённые сети используют достаточно медленные (на сегодня - десятки и сотни килобит в секунду, иногда до 2 Мбит/с) арендованные линии связи. Если при создании локальной сети основные затраты приходятся на закупку оборудования и прокладку кабеля, то в территориально-распределенных сетях наиболее существенным элементом стоимости оказывается арендная плата за

8

использование каналов, которая быстро растёт с увеличением качества и скорости передачи данных. Это ограничение является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации объёмов передаваемых данных. В остальном же корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию.

Основными задачами корпоративной сети оказываются взаимодействие системных приложений, расположенных в различных узлах, и доступ к ним удалённых пользователей.

На основании изложенного в работе предлагается формальная модель корпоративной сети, представляющая собой следующее.

Пусть имеется некоторое информационное пространство:

30={%%Л91У\ (1)

где: - множество конечных пользователей; 'в- множество связей (информационных); „Г-множество узлов; 31 -множество правил (алгоритмов); У - информационная мера, определённая на

Определение 1. Будем называть такое пространство корпоративной сетью в том и только в том случае, если применительно к нему удовлетворяются следующие условия:

•Свойство замкнутости: для любого объекта х возможно лишь либо хеХ, либо х<гЖ.

•Свойство корпоративности: рассмотрим множество объектов 0={Х, У}, УхеХ\хеХ, \/уе ¡¡уеХ; пространство X будем называть корпоративным (корпоративной сетью) в том и только в том случае, если для любого множества О справедливо неравенство Ь(Х)>9{¥).

Достаточно очевидно, что подобное определение обладает необходимой строгостью и универсальностью. Однако для его практического использования необходимо уточнить понятие информационной меры.

Пусть имеется процесс семиозиса, состоящий, в построении некоторой знаковой системы так, чтобы удовлетворялись требования треугольника Фреге. Некоторый объект - десигнат может представлять некоторый другой исходный объект - денотат в том и только в том случае, если третий объект - интерпретатор проявляет одинаковые реакции при взаимодействии как с денотатом, гак и с десигнатом. В задачи данной работы входит попытаться формализовать понятие «одинаковые реакции».

Рассмотрим тройку

(®, Р, Р) (2)

Здесь: 0 - некоторое множество, которое мы будем называть множеством признаков, или пространством признаков; Р - а-алгебра; Р - определённая на пространстве © счётно-адцитивная мера. Пусть существует измеримое разбиение С, пространства © и для © определено также факгорпространство. Назовём тройку (2) семиотическим пространством, а совокупность элементов разбиения С, назовём ^-интерпретатором. Заметим, что ¡¡-интерпретатор есть не что иное, как некоторая совокупность признаков, которые могут объединяться в отдельные элементы разбиения, хотя в общем: случае, каждый элемент разбиения может состоять и из одного-единственного признака.

Рассмотрим теперь другое измеримое разбиение \ того же пространства 0. Это разбиение опять-таки есть не что иное, как некоторая совокупность признаков. Назовём это разбиение, например, денотатом.

Определение 2. Пусть С - элемент из пространства Лебега (&, Р, Р), для которого Р(С)>0. Определим условную меру относительно элемента С как меру Р( • | С ), заданную для любого элемента Ее ¥ формулой

Р(Е

Р(ЕI С)

С) = ——-=---(3)

Р(С)

Из выражения (3) видно, что если Р(С)>0, а ^ - некоторый другой элемент, то мера Р{Е\ С) одновременного суще-

ствования элементов Е и F составляет

Р(Е\ F) = P(E)-P(F\E) (4)

Пусть теперь ^ = |с1,С2,...,Ср...| - счётное (mod 0)

разбиение пространства Лебега (0, F, Р). Предположим, что P(Cj) > 0 для всех j. Пространства (С, F(C), Р{ ■ \ С )), возникающие для каждого элемента Сетакже являются пространствами Лебега. Исходное пространство - это прямой интеграл этих пространств в следующем смысле. Множество 0 - дизъюнктивное объединение элементов С разбиения £ , всякое множество из ст-алгебры F единственным образом представимо в виде объединения множеств из ст-алгебр F( С), причём это соответствие сохраняется при булевых операциях, и для любого множества Fe F выполнено равенство

P(F) = ^P{Fl CjC) • Р(С),

где сумма берётся по всем СеЕ, . Эта последняя формула может быть переписана в виде

P{F)=\P%{dC)P{F\C), (5)

где элементы СеЕ, отождествлены с точками факторпространст-ва 05. Семейство пространств

{®(0, F(C), Р(-1 Q): Cea

или просто семейство мер Д-1 С), называется каноническим семейством условных мер разбиения с, и обозначается Р^ (-|С), или

Используем теперь сказанное для определения понятий условной энтропии и условной информации. Пусть \ - счётное измеримое пространство Лебега (0, F, Р), а £ - произвольно измеримое разбиение того же пространства. Как было только что показано, для почти всех элементов С разбиения \ пространство (С, F(C), Р^ (6, •)), где 6 - любая точка С, является

11

пространством Лебега. Разбиение \ порождает в этом пространстве разбиение = {А\ С: А е^}. Условная информация £

относительно разбиения ^ задаётся информационной функцией, значение которой в точке (ре© равно информации, заключенной в событии А\ С из пространства (С,Р(С),Р?(0)),

где А\ С - тот единственный элемент разбиения , который содержит 9 (через обозначается произведение разбиений \ и \ ; элементами произведения являются все элементы А\ С.АеЪ СеО-

Определение 3. Условной информацией разбиения % относительно разбиения % называется функция /(£, Д ) на пространстве ((©, Б, Р), определённая почти всюду соотношением

Щ/С,) = -^\аФ)-^Ф,А). (6)

Условная информация является вещественной величиной. Математическое ожидание этой случайной величины называется условной энтропией разбиения % относительно разбиения С,. Условная энтропия обозначается через ), и в силу выражения (4) её значение составляет

Ad;

(7)

где М[ ] - символ математического ожидания.

Поскольку для любой интегрируемой величины х выполнено равенство (х)) = М(х), выражение (7) можно записать в виде

= М {- X ^ ф ,A)logP^ (9 ,А)}. 12

Множество © в данном случае представляет собой образ интерпретатора. Элементы множества 0 - это признаки. В роли признака может выступать некоторое свойство (например, физическое тело может быть твердым, жидким или газообразным). В этом случае для отображения, например, свойства «твёрдый» достаточно одного элемента (одной точки) пространства 0. Но признак может представлять собой также число (например, значение некоторой физической величины). Число как таковое также представляет собой точку на числовой оси. Но число в том виде, в котором оно используется для описания объектов, состоит из отдельных элементов - значений разрядов в выбранной системе счисления. Каждое из этих значений, в свою очередь, может быть использовано в качестве признака. Отсюда необходимость использования понятия пространства признаков, или семиотического пространства, и понятия разбиения этого пространства, что и было проделано выше.

В терминах семиотики пространство 0 и есть не что иное, как предметная область. Действительно, предметная область представляет собой множество объектов (денотатов), относящихся к этой области. Каждый такой объект с позиций семиозиса отображается своей совокупностью признаков. Определённая на пространстве 0 о-алгебра и представляет собой совокупность объектов, составляющих данную предметную область.

Денотат, рассматриваемый как совокупность признаков, представляет собой некоторое подмножество множества 0 и, тем самым, денотат определяет некоторое другое разбиение пространства 0. Теперь проясняется смысл понятия условной информации. Выбираем некоторый признак, т.е. элемент разбиения С,. Выбор этого признака влечёт за собой равенство 1 индикатора 1А(Э). Формально функция (8) выражает сумму логарифмов мер для всех случаев, когда признак 9 оказался в наличии у денотата. Эта функция и принимается в работе в качестве меры семиотической (смысловой) информации.

По материалам второй главы делаются следующие выводы.

•В настоящее время корпоративные сети представляют собой весьма развитое направление в рамках информационной индустрии. В то же время теория корпоративных сетей только лишь начинает разрабатываться.

•Предложенное выше формальное определение корпоративной сети и элементы математического аппарата, развивающего это определение, можно использовать при решении задач описания, анализа и синтеза корпоративных сетей.

•Использованные в данной работе элементы количественной семиотики позволяют решать задачи анализа и синтеза корпоративных сетей без обращения к статистическим данным, которые, как правило, отсутствуют, особенно на этапе начального проектирования.

•Аппарат анализа, базирующийся на количественной семиотике особенно удобен применительно к рассмотренным в предыдущей главе методикам поэтапного проектирования сетей, поскольку данные о денотатах можно уточнять по завершении каждого этапа.

•Анализ модели сети и действующих в ней потоков данных приводит к выводу, что в развитых сетях кроме обычных сообщений действует особый вид данных, который в современных работах получил название метаданных. Рассмотрению метаданных и методик обращения с ними посвящена третья глава.

В третьей главе отмечается, что управление корпоративными метаданными при помощи репозиториев - интенсивно развивающаяся область, которая тем не менее пока ещё значительно отстает от управления базами данных по общему технологическому уровню и стандартизации. По мере того как корпоративная интеграция приобретает всё большее значение, растет и осознание ключевой роли репозиториев в создании надёжных высокоразвитых систем. В этой главе мы рассмотрим различные модели распределённых репозиториев, которые имеют важное значение для выработки долгосрочной и целостной стратегии информационного управления.

По материалам этой главы делается тот основной вывод, что необходимо чётко представлять себе, каково нынешнее состояние и перспективы развития технологий репозиториев. Следует осторожно относиться к помпезному шуму вокруг идеи «управления метаданными в масштабах корпорации посредством единого репозитория». На самом деле пройдёт ещё несколько лет, вероятно, примерно до 2000-го года, прежде чем возможности репозиториев реально смогут удовлетворить потребности глобальных информационных систем мирового масштаба. Тем временем, вполне возможно оснастить репозито-

14

риями системы масштаба подразделения, что создаст предпосылки для последующей интеграции, когда развитие технологий достигнет уровня наших амбиций.

В четвёртой главе описывается, каким образом результаты анализа и исследований, описанные в предыдущих главах, были использованы при разработке обшей концепции организации и архитектуры комплекса технических средств Комплексной информационно-вычислительной сети Министерства путей сообщения Российской Федерации. В процессе разработки был решён ряд оперативно-аналитических задач сетевого уровня. В этой главе описаны основные ключевые моменты разработки, являющиеся непосредственным выводом из результатов исследований, выполненных автором.

Основные принципы разработки сводились к следующему.

•Комплексная информационно-вычислительная сеть (КИВС) развёртывается в трёх зданиях, удалённых друг от друга на расстояния до 2000 м.

•КИВС создаётся как единая информационная и коммуникационная сеть.

•Общее количество пользователей в трёх зданиях в перспективе до 2000.

•Пользователи могут принадлежать нескольким организациям и разделяются на группы по правам доступа к информационным ресурсам.

•КИВС допускает наращиваемость и последовательную модернизацию, в частности, должны быть рассмотрены варианты использования кабельной системы и её оборудования для организации телефонной связи.

•Обеспечена поддержка протоколов 1Р и 1РХ.

Заключение.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты.

1.Проведён анализ современного состояния автоматизации бизнес-процессов. Показано, что в основу современной системы автоматизированного управления закладывается установление единства трёх основных факторов: собственно производственного (бизнес) процесса как такового, маркетинговых

15

вий и человеческого фактора.

2. Показано, что полностью себя исчерпал и в настоящее время полностью отвергнут подход к построению систем автоматизированного управления, основанный на попытках сохранить старую структуру информационно-административных связей в новой информационной системе.

3. Из п.1 следует необходимость основывать разработку современной информационной системы на представлении об информации как о физической сущности, подчиняющейся самостоятельным физическим законам. Отсюда насущная потребность в объёктивной «смысловой» теории информации.

4. Предложено формальное определение корпоративной сети; элементы математического аппарата, развивающего это определение, можно использовать при решении задач описания, анализа и синтеза корпоративных сетей.

5. Показано, что аппарат анализа, базирующийся на количественной семиотике особенно удобен применительно к рассмотренным в работе методикам поэтапного проектирования сетей, поскольку данные о денотатах можно уточнять по завершении каждого этапа.

6. Показано, что в развитых сетях кроме обычных сообщений действует особый вид данных, который в современных работах получил название метаданных. Отсюда следует необходимость разработки специального вида баз данных - репозиториев.

7. Разработаны идеология, структура и состав КИВС, с применением теоретических положений, развитых в настоящей работе; они отвечают современным требованиям, что подтверждается целым рядом экспертных оценок.

8. Одной из основных характерных черт разработки является использование ЭВМ класса Mainframe, что оказалось необходимым в связи с наличием развитых баз данных, хранящих, в частности, и метаданные, необходимость чего была показана в главе 4 данной работы.

9. Важной особенностью разработки является также ис-16

, пользование концепции виртуальных сетей, что позво-

лило решить целый рад проблем, связанных с отказоустойчивостью, безопасностью и другими характеристиками сети.

Литература.

¡.Корсаков A.B. Современное состояние методов разработки приложений «клиент-сервер» (аналитический обзор) // Сб. Научных трудов под ред. А.В.Шилейко, М.: МАИ-ГВЦ, 1998 с. 7 - 16.

2.Корсаков A.B., Нефёдкина Г.Ф. Современные средства разработки программных продуктов для управления предприятиями// Сб. Научных трудов под ред. А.В.Шилейко, М.: МАИ-ГВЦ, 1998 с. 85 - 96.

3. Корсаков A.B. Главный вычислительный центр МПС в структуре информатизации//Мир Связи (Connect), №4, 1998.

4.Бучирин В.Г., Корсаков A.B. Разработка теоретических основ и методологии создания единой сети передачи данных в условиях ж.д. транспорта// Сб. Научных трудов под ред. А.В.Шилейко, М.: МАИ-ГВЦ, 1998 с. 41 - 46.

Министерство Путей Сообщения РФ Московский Государственный Университет Путей Сообщения

На правах рукописи Корсаков Алексей Валентинович

МЕТОДИКА СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Специальность: 05.13.17 «Теоретические основы информатики»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор А.В.Шилейко

Москва 1998 г.

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 7

2. БИЗНЕС-РЕИНЖЕНИРИНГ И ТЕХНОЛОГИЯ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. ВВЕДЕНИЕ................................................................................14

2.2. КАСКАДНАЯ СХЕМА РАЗРАБОТКИ, ЕЁ ПРЕИМУЩЕСТВА

И НЕДОСТАТКИ.........................................................................17

2.2.1. «Каскадная» организация работ......................................................17

2.2.2. Положительные стороны каскадной схемы...................................18

2.2.3. Недостатки каскадной схемы проектирования.............................19

2.3. МЕТОДИКА BSP (BUSINES SYSTEMS PLANING) И РЕОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ..............26

2.3.1. Методика BSP...................................................................................27

2.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ.............................................30

2.4.1. Схема обработки информации в СУБ............................................32

2.5. РЫНОК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БИЗНЕСОМ........................ 33

2.5.1. СУБ и производства различного масштаба................................... 34

2.5.2. Особенности внедрения...................................................................35

2.6. АРХИТЕКТУРНЫЕ РЕШЕНИЯ...................................................37

2.6.1. Технология Client/Server фирмы SAP.............................................37

2.6.2. Технология Middleware.....................................................................38

2.6.3. Открытость программного обеспечения........................................40

2.6.4. ALE - Технология связи приложений............................................42

з

2.6.5. OLE и Workflow - Технологии интеграции приложений.............43

2.6.6. SAP - открытое информационное хранилище..............................44

2.7. ВЫВОДЫ...................................................................................46

3. КОРПОРАТИВНЫЕ СЕТИ

3.1. ВВЕДЕНИЕ................................................................................47

3.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОНЯТИЯ КОРПОРАТИВНОЙ СЕТИ........49

3.2.1. Исходные соображения....................................................................49

3.2.2. Конструирование информационной меры....................................50

3.2.3. Сетевые модели................................................................................58

3.2.4. Оценка интенсивности информационных потоков......................62

3.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ INTERNET В КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЯХ.. 70

3.3.1. Виртуальные каналы передачи данных..........................................72

3.3.2. Сети Х.25...........................................................................................73

3.3.3. Сети Frame Relay..............................................................................77

3.3.4. Структура корпоративной сети.......................................................79

3.3.5. Оборудование корпоративных сетей..............................................81

3.3.6. Маршрутизаторы Siseo Systems.......................................................83

3.3.7. Оборудование Motorola ISG............................................................83

3.3.8. Решения Eicon Technologiy..............................................................85

3.4. ВЫВОДЫ...................................................................................88

4. УПРАВЛЕНИЕ КОРПОРАТИВНЫМИ МЕТАДАННЫМИ

4.1. ВВЕДЕНИЕ................................................................................89

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ.........................................................................89

4.3. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕПОЗИТОРИЕВ.....................89

4.4. СТАНДАРТЫ РЕПОЗИТОРИЕВ.................................................94

4.5. РАСПРЕДЕЛЁННЫЕ РЕПОЗИТОРИИ......................................96

4.6. ГРАНУЛЯРНОСТЬ....................................................................100

4.7. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА РЕПОЗИТОРИЕВ...........102

4.8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................102

4.9. ПЕРСПЕКТИВЫ.......................................................................103

4.9.1. Краткосрочные................................................................................104

4.9.2. Долгосрочные...................................................................................104

4.10 ПРАКТИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ....................................................104

4.11. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЕ ВЫВОДЫ................................................104

5. КОМПЛЕКСНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ МПС РФ

5.1. ВВЕДЕНИЕ...............................................................................106

5.2. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ.........................106

5.3. АРХИТЕКТУРА КИВС...............................................................113

5.3.1. Компоненты сети............................................................................113

5.3.2. Развитие КИВС...............................................................................120

5.4. АКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ..................................................120

5.4.1. Центральная часть КИВС..............................................................120

5.4.2. Оборудование кроссовых комнат...................................................125

5.5. СОПРЯЖЕНИЕ КИВС С MAINFRAME ES/9000.......................127

5.6. НАДЁЖНОСТЬ И ОТКАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ...........................127

5.7. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОСТУПА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ КИВС

К ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ ПЕРБЩАЧИ ДАННЫХ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ (СПД)............................................................129

5.8. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ ИНФОРМАЦИИ.......................................................................130

5.8.1. Виртуальные сети............................................................................130

5.8.2. Связь виртуальных сетей................................................................131

5.9. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ КИВС................................131

5.10. ВЫВОДЫ................................................................................132

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 133

7. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 135

8. ПРИЛОЖЕНИЯ 143

1. Введение.

Актуальность темы. Одной из наиболее характерных особенностей современного состояния средств и методов информатики является переход от локальных сосредоточенных устройств (компьютеров) к комплексным распределённым компьютерно-телекоммуникационным сетям, которые, в свою очередь, принято подразделять на локальные (LAN), условно локальные (Intranet) и глобальные (WAN). В таких условиях операции по обмену информацией между узлами сети оказываются, как правило, более сложными и более трудоёмкими по сравнению с операциями по собственно переработке информации [12, 13, 24, 40, 51, 52, 81].

Сети можно подразделить на универсальные и корпоративные. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к увеличению удельного веса корпоративных сетей по отношению к универсальным. Однако при этом далеко не всегда принимается во внимание основная, определяющая особенность любой корпоративной сети: корпоративная информационная сеть лишь тогда эффективна, когда она составляет единое целое с самой корпорацией, точнее, со свойственными этой корпорации информационными обменами и процессами.

С другой стороны, для эффективного функционирования новой корпоративной сети необходим коренной пересмотр документооборота, существовавшего до её внедрения. Недоучёт этого обстоятельства и явился основной причиной массовых неудач с организацией работы так называемых АСУ в 70-е, 80-е годы.

Отсюда становится ясной необходимость построения теории, описывающей компьютерно-телекоммуникационные корпоративные сети и позволяющей осуществлять формальный синтез подобных сетей на основе анализа процессов, требующих информационного обеспечения. В последние годы появился термин «бизнес-процесс». Поскольку в области информационного обеспечения наработано уже очень много, чаще всего речь идет о приспособлении и развитии существующих структур применительно к новым условиям и новому видению существа проблемы. Здесь опять-таки появился новый термин: «бизнес реинжиниринг». Теоретическим и практическим проблемам бизнес-реинжениринга и посвящена настоящая работа.

Независимо от того, идёт ли речь о собственно переработке информации или об обмене сообщениями в сети и от принципов организации такого обмена, любой подобный процесс совершается на основе того или иного алгоритма. Алгоритм, в свою очередь, должен применяться к некоторому объекту. Согласно классическому определению алгоритма такими объектами являются слова в некотором ассоциативном исчислении. Однако важным является не то, к какому множеству принадлежат перерабатываемые алгоритмом слова, а то, что эти слова должны представлять собой математические объекты, так как только в этом случае может идти речь о строгом математическом описании процессов переработки и, следовательно, о возможности формального анализа и синтеза соответствующих алгоритмов. Такой анализ, в сою очередь, позволит создавать оптимальные формы представления информации и оптимальные средства их переработки.

Как уже отмечалось выше, в настоящее время отсутствует математическая теория, которая позволила бы описывать и осуществлять подобные действия по анализу и синтезу.

В настоящей работе делается попытка частично заполнить указанный пробел и построить элементы теории, основывающиеся на представлении создании математической модели корпоративной сети [59, 60].

Цель диссертационной работы. Как следует из сказанного выше, целью диссертационной работы является:

•проведение анализа существующих подходов к построению корпоративных сетей с целью выявления их общих свойств, а также свойств наиболее пригодных для формализации;

•разработка математического аппарата, который позволил бы описывать модели корпоративных сетей как формальные математические объекты;

•определение критериев оценок эффективности и производи-тельности процессов обработки данный данных в корпоративных сетях;

•введение понятия метаданных и разработка новой методики создания баз метаданных - репозиториев.

Методы исследования. В качестве основного математического метода исследований в данной работе была принята математическая теория энтропии [63], семантическая теория информации [60] и теория сетей Петри [28]. Использовались также методы моделирования на ЭВМ предложенных алгоритмов.

Научная новизна. Среди полученных в диссертации результатов существенно новыми являются:

•Формулирование концепции современной системы автоматизированного управления как единства трёх основных факторов:

а. Собственно производственного (бизнес) процесса как такового.

б. Маркетинговых условий.

в. Человеческого фактора.

•Последние два из перечисленных выше трёх факторов являются чисто информационными. Показана необходимость основывать разработку современной информационной системы на представлении об информации как о физической сущности, подчиняющейся самостоятельным физическим законам.

•Предложено формальное определение корпоративной сети и элементы математического аппарата, развивающего это определение, можно использовать при решении задач описания, анализа и синтеза корпоративных сетей.

•Разработаны элементы количественной семиотики позволяющие решать задачи анализа и синтеза корпоративных сетей без обращения к статистическим данным, которые как правило отсутствуют, особенно на этапе начального проектирования.

•Предложен аппарат анализа, базирующийся на количественной семиотике удобный для применения к методикам поэтапного проектирования сетей, поскольку данные о денотатах можно уточнять по завершении каждого этапа.

•На основе анализа модели сети и действующих в ней потоков данных сделан вывод о том, что в развитых сетях кроме обычных сообщений действует особый вид данных, который в современных работах получил название метаданных.

•Проанализированы структуры и особенности особого вида баз данных -репозиториев -, ориентированных на систематизированное хранение метаданных.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в следующем:

•предложенная методика описания, анализа и синтеза корпоративных сетей позволяет рассматривать их как математические объекты и выполнять формальные действия с целью их оптимизации;

•анализ репозиториев позволил сформулировать ряд рекомендаций по их конкретным структурам, а также прогнозировать их дальнейшее развитие;

•результаты работы внедрены при разработке системного проекта комплексной информационно-вычислительной сети МПС РФ.

Личный вклад. Все основные перечисленные выше научные и практические результаты получены лично автором диссертации.

Реализация результатов. Полученные в диссертации результаты использовались при разработке системного проекта комплексной информационно-вычислительной сети МПС РФ.

Апробация работы. Основная апробация работы проводилась на заседаниях кафедры «Электроника» МИИТ. Результаты докладывались также на конференциях и семинарах Международной Академии Информатизации.

Публикации. По результатам работы опубликованы 3" статьи в сборнике «Семиотические аспекты методик разработки программных продуктов» Международной Академии Информатизации и ГВЦ МПС РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа содержит 126 стр. Текста, 12 иллюстраций и состоит из введения, четырёх основных глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего^^ наименований, и приложений.

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы, даётся основная характеристика работы, перечисляются полученные диссертантом новые результаты, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе отмечается, что широкое внедрение в повседневную практику сетевых телекоммуникационных технологий [93]и, в частности, средств передачи данных требует разработки и применения специальных мер обеспечения эффективности и высокой достоверности передач в первую очередь, а также специальных средств организации прохождения данных по сети. Обе эти задачи решаются с помощью протоколов[95]. Протокол представляет собой сочетание определённой совокупности нормативных решений, регламентирующих форматы данных, условия их передачи по сети, средства контроля достоверности и т.д. и соответствующих аппаратных средств и программных продуктов. Количество всевозможных протоколов, используемых в современных системах исчисляется десятками. Первая глава представляет собой аналитический обзор состояния этого раздела телекоммуникационных технологий.

Во второй главе отмечается, что прежде, чем говорить о частных (корпоративных) сетях, нужно определить, что эти слова означают. В последнее время это словосочетание стало настолько распространенным и модным, что начало терять смысл. Согласно одному из наиболее распространённых определений: корпоративная сеть - система, обеспечивающая передачу информации между различными приложениями, используемыми в системе корпорации. Под приложениями здесь понимаются как системное программное обеспечение - базы данных, почтовые системы, вычислительные ресурсы, файловый сервис и прочее - так и средства, с которыми работает конечный пользователь.

Исходя из этого вполне абстрактного определения, рассматриваются различные подходы к созданию таких систем и делаются попытки наполнить понятие корпоративной сети конкретным содержанием. При этом считается, что сеть должна быть максимально универсальной, то есть допускать интеграцию уже существующих и будущих приложений с минимально возможными затратами и ограничениями.

Корпоративная сеть, как правило, является территориально распределенной, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном удалении друг от друга. Часто узлы корпоративной сети оказываются расположенными в различных городах, а иногда и странах. Принципы, по которым строится такая сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что используются при создании локальной сети, даже охватывающей несколько зданий. Основное отличие состоит в том, что территориально распределенные сети используют достаточно медленные (на сегодня - десятки и сотни килобит в секунду, иногда до 2 Мбит/с.) арендованные линии связи. Если при создании локальной сети основные затраты приходятся на закупку оборудования и прокладку кабеля, то в территориально-распределенных сетях наиболее существенным элементом стоимости оказывается арендная плата за использование каналов, которая быстро растет с увеличением качества и скорости передачи данных. Это ограничение является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации обьемов передаваемых данных. В остальном же корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию.

Основными задачами корпоративной сети оказываются взаимодействие системных приложений, расположенных в различных узлах, и доступ к ним удаленных пользователей.

В третьей главе отмечается, что управление корпоративными метаданными при помощи репозиториев - интенсивно развивающаяся область, которая тем не менее пока еще значительно отстает от управления базами данных по общему технологическому уровню и стандартизации. По мере того как корпоративная интеграция приобретает все большее значение, растет и осознание ключевой роли репозиториев в создании надежных высокоразвитых систем. В этой главе рассматриваются различные модели распределенных репозиториев, которые имеют важное значение для выработки долгосрочной и целостной стратегии информационного управления.

В четвёртой главе описывается каким образом результаты анализа и исследований, описанные в предыдущих главах, были использованы при разработке общей концеп�